第 8 章 市販部品を利用する設 計
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電気モータ，計測・制御関連部品。電気関連
運動伝達部品
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回転運動，直線運動，ばね。市販部品をうまく利用すれば，
機械の設計や製作の迅速化につながる！
8.1 電気モータ
機械を動かす原動機
熱機関（エンジン） 電気モータ
・燃料の補給
・高出力な機械的エネル ギー
・送電線またはバッテリ
・主に屋内で使用する機械
8.1.1 モータの種類と特徴
(1) 直流モータと交流モータ
★ 出力制御が簡単で，応 答性がよく。
★ 小型機械でよく使われ る。
直流モータ 交流モータ
★ 価格が安く，大型化・
大出力化が容易。
★ 工作機械等の汎用機械
。
(2) ステッピングモータ
★ 回転角度が，入力パルスの数に比例。
★ 高精度な運動を必要とする機械に使用される。
ステッピングモータ
★ パルスモータを使用した機械
左右後輪に正確な回転運動を与える必要！
電動車いすの模型
MOVIE
(3) サーボモータ
★ 制御の対象の状態を測定し，基準値と比較して自動的に 修正制御する？？
★ 任意の回転角度に合わせる制御機構を持つモータ。
サーボモータ（ラジコン模型用）
★ サーボモータを使用した機械
尾ひれを任意の角度で動かしたい！
魚ロボット
★ サーボモータを使用した機械
複数のサーボモータを同期運転させている！
動揺台（ターンテーブ ル）
8.1.2 モータを使用する際の注意点 (1) モータの特徴
★ 使用する機械に最も適したモータを選択する！
(2) トルクと回転数
★ 機械のトルク，出力，回転数に適したモータを選定。
★ 通常は歯車機構などにより減速する。
電気モータの性能表（マブチ RS-540S H ）
(3) 電源の検討
★ 家庭用コンセントや工場の配電盤などの容量（アンペ ア数）。
★ 電圧（ 100 V または 200 V ）や形態（単相または三相）
。
★ バッテリや乾電池の容量（連続使用時間）。
配電盤
8.2 メカトロニクス
日常使われる多くの機械が電子制御化されてい る！
メカトロニクス エレクトロニク
（電子技術）ス
メカニクス
（機械技術）
＋
8.2.1 機械の制御
★ 制御とは，目的とする状態に保つために適当な操作を 加えること。
蒸気機関の遠心調速機 自動車の電子制御エンジ ン
8.2.2 センサ (1) 荷重センサ
★ ひずみゲージは最も代表的な荷重センサ！
ひずみゲージ ロードセル
(2) 圧力センサ
★ エンジンや流体機械には圧力センサが必需品！
スターリングエンジンの圧力センサ
(3) 位置センサ
★ 物体の有無を検知する！
フォトインタラプタ 使用例
(4) 回転角度センサ
★ 高精度な運動が要求される回転機械に欠かせない！
ロータリエンコーダ
(5) 変位センサ
★ 物体との距離を測定する！
レーザ変位センサ 渦電流式変位センサ
★ 変位センサの使用例
スターリングエンジンのピストン変位の測定
(6) 温度センサ
★ 熱電対は最も代表的な温度センサ！
熱電対 使用例
8.2.3 マイクロコンピュータ (1) 種類
★ 基本的にはどれも同じ？
PIC AVR H8
(2) 入力と出力
★ 外部からの ON/OFF の信号（デジタル信号）を読みとる
。
★ 書き込んだプログラムによって何らかの計算をする。
★ 外部に ON/OFF の信号（ 5 V または 0 V ）を出力する。
(3) 使用手順
★ 最近のマイコンは扱いやすい。
★ 積極的に利用したい。
8.2.4 メカトロニクス機械の設計例
★ スイッチ（センサ）とマイコンを利用した簡単な装置
。
車いす走行補助装置
★ 車いす走行補助装置
MOVIE
8.3 回転運動伝達部品
歯車（第 6 章）
チェーン ベルト
クラッチ・・・
8.3.1 チェーン
★ 滑りがなく大きい動力を確実に伝えることができる。
★ しかし，重い！
チェーン 使用例
8.3.2 ベルト
★ 軽量で静粛。
★ 衝撃的な荷重をベルトで吸収できる。
★ 潤滑の必要がない。
平ベルト V ベルト タイミングベル ト
8.3.3 クラッチとブレーキ
★ クラッチは動力の伝達と遮断に使われる。
★ ブレーキは，機械を止める場合や起動・停止を繰り返 して行う場合などに使われる。
多板式クラッチ ワンウェイク
ラッチ 電磁クラッチ
8.3.4 トルクリミッタ
★ 機械の破損や人身災害を防止するため，スリップさ せたり，あるいは遮断したりする。
トルクリミッタ
8.4 直線運動伝達部品
回転運動 一定速度＝扱いやすい
往復運動 速度変動＝慣性力の増大＝設計困難
8.4.1 直動軸受
★ 回転運動用の転がり軸受と同様，
球の転がり運動を利用している。
8.4.2 リニアアクチュエータ
回転式モータとラック
を利用した形式 サーボ制御を利用した形式
8.4.3 カムフォロア
★ カム機構などの支持などに使う。
カムフォロア
8.4.4 ロッドエンド
★ 往復運動のロッド端部の取り付けなどに使う。
ロッドエンド
8.5 ばね
弾性 ばね
力を受けて一時的に変形している物体は
，力が取り除かれると元に戻ろうとする 性質。
弾性を有効に利用した部品。
8.5.1 ばねの種類
★ 小さいばねを含めれば，ほぼ全ての機械に使われてい る！
コイルばね 板ばね
止め輪
8.5.2 ばねの特徴
★ たわみ，復元性がある。
★ エネルギーを蓄えることができ る。
★ 固有振動数を持つ。
【注意】共振は機械の破損につなが る！
弾性体を利用した 防振装置
【補足】共振を利用したスターリングエ ンジン
セミフリーピストン形スターリングエンジン
★ セミフリーピストン形スターリングエ ンジン
実験用スターリングエンジン MOVIE
★ 実験結果の一例
8.6 市販部品を組み合わせる設 計
計測用車いす
★ 市販されている部 品をうまく組み合わ せることで，十分な 機能を持つ機械を設 計することができる
。
★ 測定部の構成
★ トルク測定装置
ひずみゲージ★ 回転角度の測定
ロータリエンコーダ
★ 測定結果の一例
本日の課題
① 機械を自動制御する際，電子技術を使わない機 械的な制御と電子技術を利用する電子制御の特徴
（長所・短所）を考えなさい。
② 本日の講義で印象に残ったことを書きなさい。
蒸気機関の遠心調速機 自動車の電子制御エンジ ン
